Categorie: Evoluție proiect

Proiectarea unui avion, este în general mai puțin vizibilă pentru public și mai puțin spectaculoasă. 

Specific activității noastre, desfășurate exclusiv pe bază de voluntariat, este faptul că se lucrează mai mult  individual. Întâlnirile periodice ale echipei (bilunare), trebuie să lămurească cât mai multe detalii tehnice și organizatorice,  În plus, să nu uităm că o parte din membri  locuiesc în  orașe sau chiar  țări diferite.

Ne propunem ca într-o serie de postări denumite „Design review” să prezentăm aspecte ale proiectării IAR-ului 80 REDIVIVUS și ale activităților echipei Skylegend.

Geometria avionului definită parametrizat în Solidworks

Geometria a fost transferată și în 3DEXPERIENCE, platforma folosită deocamdată de studenți pentru proiectare fuzelaj si ampenaje.

Avionul – în 3DEXPERIENCE – obsolete

Pentru o vizualizare mai bună a detaliilor în timpul dezbaterilor, se folosește un proiector …

O analiză a solutiilor constructive cocă + ampenaje  In 3DEXPERIENCE

Sorin și Arthur

În momentul de față structura fuzelajului posterior (coca), are pozitiile cadrelor si a liselor definit. Acestea sunt modelate parametrizat de catre Paul si Cătălin. Urmează câteva corecții/modificări și adăugarea altor piese modelate, care nu sunt încă prinse în structură.

Coca

Suportul motorului si grinda cu zăbrele, partea de proiect de care se ocupa Cristina, vor fi modelate pe baza unui principiu mai puțin cunoscut, principiul skeletonului. Acesta oferă posibilitatea de a modifica parametrii/dimensiunile modelelor 3D foarte ușor. În acest fel se poate face chiar o optimizare mai rapidă în urma unui calcul de stress. Va fi interesant de urmărit ce poate rezulta în urma unui calcul,  comparativ cu acelasi calcul făcut în softuri diferite.

Grinda anterioară si suportul motor

Un model 3D rezultat in urma scanării motorului. Acesta va trebui să fie completat cu restul echipamentelor pentru a se face integrarea în structura avionului și a vedea ce probleme apar în urma alegerii acestui motor.

Parte din ampenajul vertical, noul proiect al Mădălinei, care va trebui trecut din stadiul de Space Allocation Model la modele 3D parametrizate. Foarte mult de lucru si în mai multe module din CATIA (ca si celelalte părti din fuzelaj si ampenaje).

 Discutii despre ceea ce s-a facut si câteva decizii pentru pașii următori..

Sorin, Paul, Cătălin, Madălina, Mircea , Emil …

(va urma)

Am obținut, din partea Aerospace Project Development Group – ALR din Elveția, acordarea licenței gratuite pentru  Aircraft Performances Program software.

APP features three major modules: The Aircraft module – contains aircraft model information. The Mission Computation module – performs mission calculations. The Performance Charts module – performs point-performance calculations, including takeoff and landing.

 

APP provides you with a multitude of flight segments that allow you to define specific mission analyses. It enables both, a very fast and easy “first shot” solution up to very detailed missions for complex analyses! A selection of available segments includes: Available Flight segments

• Acceleration
• Climb; Climb at Best Angle; Climb at Best Rate; Climb at CAS; Climb at EAS; Climb at Constant Mach
• Cruise; Cruise at Best SR; Cruise at Mach; Cruise at Optimum Altitude and Mach
• Deceleration
• Descent, Descent at No Credit (at best FF or best SR), Descent at CAS, Descent at EAS, Descent at Mach
• Energy Exchange
• Ground Operation
• Landing Roll
• Loiter & Loiter at Best FF
• Maneuver at Constant or Maximum Load Factor
• Refuel
• Reset Altitude or Reset Mach
• Store Drop
• Take-off

The mission module includes a set of fast optimizers to help you refine your analyses. Using the mission-optimizers, APP users are able to define segments that shall be maximized along with inputs on required reserves. Available optimizations are:

• Range Optimization
• Endurance Optimization
• Radius of Action optimization

APP features a multitude of standard performance charts for aircraft point performance analysis. Furthermore a comparison feature for different results is readily available. Available Pre-defined point performance-analysis charts are highly customizable, they include:

• SEP-Envelopes
• G-Envelopes
• Turn-Rate Charts (constant SEP) / Energy-Maneuverability Charts
• Turn-Rate Charts (constant Altitude)
• SEP vs. Altitude Charts
• Point Performance Parameter Computation
• Required Thrust and Drag Chart for Different Load-Factors

APP incorporates a unique 2.5-dimensional method to obtain takeoff- and landing- distances with respect to different certifications and environmental conditions:

• Takeoff, Rejected Takeoff, Balanced Field Length, Landing
• Calculations respect military and civil airworthiness regulations: MIL-STD-3013, FAR Part 23 & 25, EASA CS 23 & 25
• All Engines Operative (AEO) and One Engine Inoperative (OEI) calculations
• Respecting runway dimensions as: Runway Length, Runway Altitude, Runway Slope
• Different runway conditions are available: Dry, Wet, Snow, Ice
• Calculations possible with or without afterburner

Le mulțumim pentru suportul acordat,

Motorul avionului de serie IAR 80 a fost IAR 14K IVc32 cu următoarele caracteristici principale:

• 14 cilindrii dublu stea
• sensul de rotație al motorului şi al elicei: invers acelor de  ceasornic văzut din postul de pilotaj 
• raportul reductorului: 2/3
• puterea nominală la altitudine 3200 m regim nominal de 2300 t/m: 1000 C.P.
• greutatea motorului fără ulei, cu toate accesoriile: 693,2 Kg
• greutatea totală în ordine de mers: 705,2 Kg
• diametrul motorului: 1,264 m
• lungimea motorului cu butuc şi elice: 1,844 m
• lungimea motorului fără butuc şi elice: 1,748 m

Motorul PW R-1830 este principalul canditat pentru proiectul IAR 80R datorită disponibilitații in mai multe variante precum şi a caracteristicilor principale similare.

Principalele caracteristici ale motorului PW R-1830 S1C3-G (-92) :

• 14 cilindrii dublu stea
• sensul de rotație al motorului şi al elicei: in sensul acelor de  ceasornic văzut din postul de pilotaj 
• raportul reductorului: 9/16, 2/3
• puterea nominală la altitudine 3700 m / 2700 t/m: 1200 C.P.
• puterea nominală la altitudine 7500 m / 2550 t/m: 1050 C.P.
• puterea nominală la altitudine 7500 m / 2550 t/m: 1050 C.P. in varianta R-1830-92
• greutatea motorului fără ulei, cu toate accesoriile: 1473 pound, 1438 pound (668,14 Kg, 652,27 Kg)
• greutatea motorului fără ulei, cu toate accesoriile: 1465 pound (664,51 Kg) in varianta R-1830-92
• diametrul motorului: 48,19 in (~1,224 m)
• lungimea motorului : 60,67 in (1,541 m)

P&W R 1830-75 – avion F4F Wildcat

Wharehouse engine spareparts

Un lucru important, pentru motorul PW-1830 se pot efectua reparații, înlocui componente şi accesorii de către firme specializate certificate FAA, precum https://precisionengine.com/

Se va cauta o ofertă la firme specializate din SUA care dispun de motoare complete, cu 0 ore după reparația capitală, garanție şi certificate FAA și EASA.

Trenul de aterizare reprezintă un element critic în componența structurii unui avion. Proiectarea lui ia în considerare caracteristicile dinamice și structurale ale avionului respectiv. Alegerea soluției constructive finale pentru trenul de aterizare al avionului IAR 80R, se va face prin parcurgerea unor etape bine definite.

Caracteristicile trenului de aterizare al IAR 80

Trenul de aterizare al IAR 80 este escamotabil în aripă, în locașul creat între cele două longeroane și X-ul central al aripii. Este prins în feruri de lonjeroane, piesa de prindere a jambei, numită cheson (sau trunnion) are formă de cot și  a fost construită în două variante: sudată la primele serii, mai apoi turnată și frezată. La trenul original, s-a folosit un amortizor oleo pneumatic capsulat, montat în interiorul unui sistem telescopic format dintr-un tub exterior și un tub alunecător (denumiri originale – vezi desene). Tubul exterior este fixat de cheson (piesa de prindere în lonjeroanele aripii), iar tubul alunecător are atașate furca și axul roții. Cele două tuburi sunt legate printr-un sistem articulat denumit compas, care are rolul de a nu permite rotirea axială.

Furca roții era confecționată din dural matrițat iar roata propriu-zisă era turnată, prevăzută cu rulmenți și purta pe ea frâna de tip „Messier”.  

Considerente speciale

Să incerci să construiești un tren de aterizare in 1-2 exemplare nu este fezabil – costurile ar fi foarte mari (sunt necesare materiale de calitate înaltă, piese forjate și uzinaj pe mașini și utilaje de precizie) iar mentenanța periodică ar fi un coșmar. Mai mult, pentru orice tren nou proiectat/construit este nevoie de testare și certificare – două procese foarte lungi si costisitoare.

Plecând de la aceste considerente am ajuns la concluzia că abordarea corectă ar fi adaptarea unui tren existent, certificat, cu dimensiuni și caracteristici similare celui de IAR 80. Un prim candidat este cel de la North American T 28 Trojan, disponibil în cantități mari, inclusiv noi, reparate și certificate FAA.

Prețul unui asemenea tren principal de T 28 este undeva sub 20 000 USD/set.

În continuare este prezentată analiza comparativă a performanțelor celor două trenuri IAR 80 vs T-28. A fost considerată varianta trenului de IAR 80A cu o cursă de 180 mm, deoarece pentru aceasta există documentație originală. Cursa optimă a amortizorului se va stabili în funcție de configurația finală a cinematicii.

Pe baza verificărilor dimensionale și a simulării (noul tren dacă e prea rigid poate aduce efort suplimentar în structură), se vor evalua soluţiile de modificare a trenului de T 28, care ar putea consta în:

• adaptarea chesonului jambei de T 28 și asigurarea cinematicii astfel încât aripa avionului IAR 80 să nu fie modificată structural;
• scurtarea tijei amortizorului;
• înlocuirea sistemului de prindere laterală a axului roții cu o furcă fabricată identică cu cea de la IAR 80;
• modificarea punctelor de prindere a verinelor hidraulice;

Soluția constructivă finală va fi adoptată după finalizarea geometriei avionului și realizarea în 3D a cinematicii trenului original și a celui de T-28.

Autor: ing. Arthur Nicolae

Bibiografie:
1. Currey Norman S., Aircraft Landing Gear Design: Principles and Practice, AIAA Education Series, Washington, DC.,1998

2. Derek Morrison, Gregory Neff and Mohammad Zahraee, Aircraft Landing Gear Simulation and Analysis, SEE Milwaukee Paper 1620, 1997 

4. Grosu Ion, Contribuțiuni la Geometria Avionului, Tip. Astra Brașov, 1944

5. Desene originale IAR 80 (C-5264 - FAHRGESTELL, C 5274 - Aterisor, C5251 - Amortizor), 1942
Notița tehnică IAR 80, ediția a IIa, 1941

Una din problemele ce trebuie rezolvate în cadrul proiectării avionului IAR 80 R,  o constituie selecția materialelor de execuție, cât mai asemănatoare cu cele folosite pentru cel original.

Trebuie ținut cont de faptul că în  perioada când a fost proiectat IAR 80 (1937), nivelul de standardizare pe plan internațional era destul de redus și se utilizau denumiri comerciale pentru multe produse din această categorie..

Prima etapă a fost parcursă prin identificarea principalelor tipuri de materiale pentru structură.

Termenii folosiți în desenele originale sunt (fără a fi specificată o normă) :

•  dural
•  bandur
•  oțel CrMo
•  electron

A urmat stabilirea cât mai exactă a caracteristicilor tehnice pentru acestea, pe baza datelor istorice.

1. Dural

Duralumin, dural, duraluminium sunt  denumirile comerciale ale primelor aliaje de aluminiu cu proprietăți mecanice superioare, obținute prin tratament termic.

Duralumin a fost inventat de metalurgul german Alfred Wilm in 1903, în cadrul firmei Durener Metalwerke AG. 

De aici provine termenul dur (Durener) + alumin,

În prezent denumirea, nu mai este folosită oficial, dar, în mod popular, reprezintă aliajele AL-Cu din seria 2xxx , codificare desemnată de International Alloy Designation System (IADS) începănd cu anul 1954.

Compoziția originală a fost ușor modificată în funcție de utilizare : circa 4% cupru, 0.5-1% magneziu, restul fiind aluminiu și alte componente în cantităti mai mici. După tratament termic și îmbatrânire se îmbunătățesc proprietațile mecanice.

A fost  produs si comercializat în Franța în perioada dintre cele două războaie mondiale cu denumirea Avional, sau  AU4G.

În SUA, a fost denumit 17S-T, fiind folosit mai ales sub forma de plăci si foi.

Toate aceste aliaje, sunt echivalente aluminului AL 2017 , care nu mai este folosit în prezent.

Pentru fabricarea avionului IAR 80 a fost importat dural din Franța si Germania.

Chesonul trenului a fost fabricat prin turnare din IGEDUR, un aliaj german conținand cupru și magneziu. 

Nu se vor folosi piese turnate pentru IAR 80R.

Ulterior, în SUA  a fost dezvoltat 24S-T, folosit pentru avioanele din ww2.

Este echivalentul aliajului modern Al 2024 , care va fi folosit pentru IAR 80R.

2. Bandur

Materialul pentru execuția tălpilor lonjeroanelor de aripă, este denumit în desenele originale „bandur”.

Este o denumire comercială folosită în Franța – bande duralumin (bară plată sau platbandă Al).

Este un produs laminat, care diferă față de tablă doar prin grosime mai mare.

Pentru IAR 80R va fi folosit tot AL serii superioare.

3. Oțel-Crom-Molibden

Tuburi din acest tip de aliaj a fost folosit pentru suportul motor şi pentru grinda fuzelajului anterior.

S-a utilizat acelasi tip de material şi pentru realizarea ferurilor de joncțiunilor avionului sau a şarnierelor.

Echivalentul modern ce va fi folosit pentru IAR 80R este otel 4130.

4. Electron

Aliajele de magneziu care conțin circa 90% Mg iar restul, cantității mici de alte metale ca aluminiu, zinc, cupru, mangan, etc. sunt cunoscute sub numele de aliaje electron.

Denumirea provine de la compania engleză  Magnesium Elektron Limited, care a comercializat diverse aliaje de magneziu, folosind această marcă.

În perioada interbelică s-a produs în  compoziții  Al-Zn-Mg tip AZ61, AZ81, AZ91, AZ92, fiind fabricat și în Franța și SUA.

Nu se vor folosi aliaje pe baza de magneziu pentru IAR 80R,

5.  Normalizate

Pe avionul IAR 80 au fost folosite  circa 60 de tipuri de normalizate (nituri, șuruburi, piulițe șaibe, coliere, etc) .

În total sunt  6000 bucăți (fără nituri).

Întrucât nu au fost specificate normele și standardele acestora, se vor folosi numai normalizate certificate pentru uz aeronautic  disponibile în prezent.

Blueprints

În lumea aviației, pentru construcția şi întreținerea avioanelor se folosesc în mod curent planşele, așa-numitele „blueprints”.

Scopul de bază al planşelor este de a descrie simple piese, ansamble sau modul cum se pot realiza montajele ansamblelor şi reparațiile diferitelor componente, într-o maniera grafică şi de a furniza o serie de informații de proiectare, specificații, toleranțe, materiale şi multe altele.

Desenele folosite în procesul de fabricație al unei aeronave sunt în general împărțite în trei categorii diferite:

• desene de detaliu care furnizează informații pentru o singură piesă;
• desene de ansamblu care arată mai multe piese unite între ele;
• desene de montaj sau instalare care oferă informații despre poziționarea şi modalitatea de montare a ansamblului pe aeronavă sau a subansamblului pe un ansamblu superior.

În afară de cele trei categorii existente la IAR80 regăsim şi desene de detaliu pentru ansamble sau montajele lor care aduc informații suplimentare necesare procesului de fabricație.

În timpul producției unui avion, sunt aduse modificări din diferite motive. Pot fi considerate modificări de reproiectare completă sau parțială a unei componente, al unui subansamblu sau ansamblu. Un alt exemplu de modificare poate fi schimbarea procesului prin care se realizeaza o componentă sau cea a grosimii materialului.
Corespunzător, planşele au revizii diferite şi trebuiesc folosite în concordanță cu varianta de avion aleasă.

Drawing tree

Reprezintă un sistem ierarhic folosit pentru a localiza o anumită piesă sau ansamblu într-un set de planşe, desene.
În cartuşul unui desen de detaliu al unei piese este alocat un cod unic corespunzător şi un alt cod al ansamblului superior din care face parte.
Desenul cu codul ansamblului superior prezintă montajul acelor piese de detaliu în ansamblul alcătuit.
În cazul avionului IAR80 există coduri diferite pentru planşa ansamblului în sine şi montajul ansamblului respectiv.

Prezentăm în continuare indexul desenelor avionului IAR 80R, ce are la bază indexarea originală a componentelor avionului.
Astfel, reperele originale sunt indexate C-XXXX, cele existente dar reproiectate complet R-XXXX, cele similare S-XXXX, iar reperele complet noi R-YYYY.
În acest fel se păstrează o trasabilitate completă a proiectului, de la reperele avionului original până la versiunea finală a avionului IAR 80R.

Am primit licențe de folosire a softului Solidworks – SOLIDWORKS Standard – IAR80 Maker Edition – de la Dassault Systèmes SolidWorks Corporation.

Dealerul autorizat CADWORKS Romania ne-a facilitat obținerea lor pentru a putea fi utilizate de către toți membrii echipei de proiectare.

Le mulțumim pentru sprijinul acordat.

Pornind de la desenele originale existente si nu numai, membrii echipei Solidworks , au inceput să definească geometria avionului in 3D, urmând a fi generat intreg modelul 3D pâna in ultimul detaliu.

Modelul 3D se va folosi și pentru studiul performanțelor aerodinamice – CFD (Comptational Fluid Dynamics).